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大学物理（二）练习册答案

1 大学物理（二）练习册参考解答第12章真空中的静电场一、选择题1(D)，2(C)，3(C)，4(A)，5(C)，6(B)，7(C)，8(D)，9(D)，10(B)，二、填空题(1). 电场强度和电势，0/q F E=，l E q W U aaò×==00d /(U 0=0). (2). ()042e /q q+，q 1、q 2、q 3、q 4 ；(3). 0，l / (2e 0)；(4). s R / (2e 0) ；(5). 0 ；(6). ÷÷øöççèæ-p 00114r r qe ；(7). －2³103 V ；(8). ÷÷øöççèæ-p a br r q q 11400e (9). 0，pE sin a ；(10). ()i a x A2+-.三、计算题1. 如图所示，真空中一长为L 的均匀带电细直杆，总电荷为q ，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d 的P 点的电场强度．解：设杆的左端为坐标原点O ，x 轴沿直杆方向．带电直杆的电荷线密度为l =q / L ，在x 处取一电荷元d q = l d x = q d x / L ，它在P 点的场强：()204d d x d L qE -+p =e ()204d x d L L xq -+p =e 总场强为ò+p =Lx d L x Lq E 020)(d 4－e ()d L d q +p =04e 方向沿x 轴，即杆的延长线方向．2．一个细玻璃棒被弯成半径为R 的半圆形，沿其上半部分均匀分布有电荷+Q ，沿其下半部分均匀分布有电荷－Q ，如图所示．试求圆心O 处的电场强度．解：把所有电荷都当作正电荷处理. 在q 处取微小电荷d q = l d l = 2Q d q / p 它在O 处产生场强Ldq P +Q－QROxyＰLdd qx (L+d －x ) d ExOq e e d 24d d 20220RQRq E p =p =按q 角变化，将d E 分解成二个分量：分解成二个分量：q q e q d sin 2sin d d 202RQE E x p ==q q e q d cos 2cos d d 202RQE E y p -=-=对各分量分别积分，积分时考虑到一半是负电荷对各分量分别积分，积分时考虑到一半是负电荷úûùêëé-p =òòpp p q q q q e 2/2/0202d sin d sin 2R QE x ＝0 2022/2/0202d cos d cos 2R Q R QE y e q q q q e pp p p -=úûùêëé-p -=òò所以所以j R Q j E i E E y x202e p -=+=3. “无限长”均匀带电的半圆柱面，半径为R ，设半圆柱面沿轴线OO'单位长度上的电荷为l ，试求轴线上一点的电场强度．，试求轴线上一点的电场强度．解:设坐标系如图所示．将半圆柱面划分成许多窄条．d l 宽的窄条的电荷线密度为荷线密度为q l l l d d d p=p =l R取q 位置处的一条，它在轴线上一点产生的场强为位置处的一条，它在轴线上一点产生的场强为q e l e l d 22d d 020RR E p =p =如图所示. 它在x 、y 轴上的二个分量为：轴上的二个分量为：d E x =d E sin q , d E y =－d E cos q 对各分量分别积分对各分量分别积分 R R E x 02002d sin 2e lq q e l pp =p =ò 0d c o s 202=p -=òp q q e lRE y场强场强 i Rj E i E E y x02e lp =+=4. 实验表明，在靠近地面处有相当强的电场，电场强度E垂直于地面向下，大小约为100 N/C ；在离地面1.5 km 高的地方，E也是垂直于地面向下的，大小约为25 N/C ． (1) 假设地面上各处E都是垂直于地面向下，试计算从地面到此高度大气中电荷的平均体密度；体密度；(2) 假设地表面内电场强度为零，假设地表面内电场强度为零，且地球表面处的电场强度完全是由均匀分布在地表面且地球表面处的电场强度完全是由均匀分布在地表面的电荷产生，求地面上的电荷面密度．(已知：真空介电常量0e ＝8.85³10-12 C 2²N -1²m -2) d qR Oxyqd qqq d E y y d l d q R q O d E xx d EOR’O'解：(1) 设电荷的平均体密度为r ，取圆柱形高斯面如图(1)(侧面垂直底面，底面D S 平行地面)上下底面处的上下底面处的场强分别为E 1和E 2，则通过高斯面的电场强度通量为：，则通过高斯面的电场强度通量为：òòE²S d ＝E 2D S -E 1D S ＝(E 2-E 1) D S 高斯面S 包围的电荷∑q i ＝h D S r由高斯定理(E 2－E 1) D S ＝h D S r /e∴ () E Eh121-=er ＝4.43³10-13 C/m 3(2) 设地面面电荷密度为s ．由于电荷只分布在地表面，所以电力线终止于地面，取高斯面如图(2) 由高斯定理由高斯定理òòE ²S d =åi 01q e-E D S =SD se1∴ s=－e 0 E ＝－8.9³10-10 C/m 35. 一半径为R 的带电球体，其电荷体密度分布为的带电球体，其电荷体密度分布为r =Ar (r ≤R ) ， r =0 (r ＞R )， A 为一常量．试求球体内外的场强分布．为一常量．试求球体内外的场强分布．解：在球内取半径为r 、厚为d r 的薄球壳，该壳内所包含的电荷为的薄球壳，该壳内所包含的电荷为 r r Ar V q d 4d d 2p ×==r在半径为r 的球面内包含的总电荷为的球面内包含的总电荷为 403d 4Ar r Ar dV q rV p =p ==òòr (r ≤R) 以该球面为高斯面，按高斯定理有以该球面为高斯面，按高斯定理有 0421/4e Ar r E p =p ×得到得到 ()0214/e ArE =， (r ≤R ) 方向沿径向，A >0时向外, A <0时向里．时向里．在球体外作一半径为r 的同心高斯球面，按高斯定理有的同心高斯球面，按高斯定理有0422/4e AR r E p =p ×得到得到 ()20424/rAR E e =， (r >R ) 方向沿径向，A >0时向外，A <0时向里．时向里．6. 如图所示，一厚为b 的“无限大”带电平板的“无限大”带电平板，其电荷体密度分布为r ＝kx (0≤x ≤b )，式中，式中k 为一正的常量．求：为一正的常量．求： (1) 平板外两侧任一点P 1和P 2处的电场强度大小；处的电场强度大小；(2) 平板内任一点P 处的电场强度；处的电场强度； (3) 场强为零的点在何处？场强为零的点在何处？解：解： (1) 由对称分析知，平板外两侧场强大小处处相等、方向垂直于平面且背离平面．设场强大小为E ．作一柱形高斯面垂直于平面．其底面大小为S ，如图所示．，如图所示．E(2)xbP 1 P 2Px OSE 2D SE 1(1) h按高斯定理åò=×0e /d q S E S ，即，即 020002d d 12e e r e kSbx x kSxS SEb b ===òò得到得到 E = k b kb 2 / (4e 0) (板外两侧) (2) 过P 点垂直平板作一柱形高斯面，底面为S ．设该处场强为E ¢，如图所示．按高斯定理有定理有()022ee k S bx d x kSSE Ex==+¢ò得到得到 ÷÷øöççèæ-=¢22220b x k E e (0≤x ≤b ) (3) E ¢=0，必须是0222=-bx ，可得2/b x =7. 一“无限大”平面，中部有一半径为R 的圆孔，设平面上均匀带电，电荷面密度为s ．如图所示，试求通过小孔中心O 并与平面垂直的直线上各点的场强和电势(选O 点的电势为零)．解：将题中的电荷分布看作为面密度为s 的大平面和面密度为－s 的圆盘叠加的的圆盘叠加的结果．选x 轴垂直于平面，坐标原点Ｏ在圆盘中心，大平面在x 处产生的场强为处产生的场强为 i xx E012e σ=圆盘在该处的场强为圆盘在该处的场强为i x R x x E÷÷øöççèæ+--=2202112e σ ∴ i xR xE E E 220212+=+=e σ 该点电势为该点电势为()22222d 2xRR xR xx U x+-=+=òe se s8. 一半径为R 的“无限长”圆柱形带电体，其电荷体密度为r =Ar (r ≤R )，式中A 为常量．试求：求：(1) 圆柱体内、外各点场强大小分布；圆柱体内、外各点场强大小分布； (2) 选与圆柱轴线的距离为l (l ＞R ) 处为电势零点，计算圆柱体内、外各点的电势分布．解：(1) 取半径为r 、高为h 的高斯圆柱面(如图所示)．面上各点场强大小为E 并垂直于柱面．则穿过该柱面的电场强度通量为：面．则穿过该柱面的电场强度通量为：xS P SE ESSEd xb E ¢sOROxPòp =×SrhE S E2d 为求高斯面内的电荷，r ＜R 时，取一半径为r ¢，厚d r ¢、高h 的圆筒，其电荷为的圆筒，其电荷为r r Ah V ¢¢p =d 2d 2r则包围在高斯面内的总电荷为则包围在高斯面内的总电荷为3/2d 2d 32Ahrr r Ah V rVp =¢¢p =òòr由高斯定理得由高斯定理得 ()033/22e Ahr rhE p =p 解出解出 ()023/e Ar E = (r ≤R ) r ＞R 时，包围在高斯面内总电荷为：时，包围在高斯面内总电荷为：3/2d 2d 32AhRrrAh VRVp=¢¢p=òòr由高斯定理由高斯定理 ()033/22e A h R r h E p =p 解出解出 ()r AR E 033/e = (r >R ) (2) 计算电势分布计算电势分布r ≤R 时 òòò×+==lRRrlrrr AR r r A r E U d 3d 3d 0320e e()Rl AR rR A ln 3903330e e +-=r ＞R 时 rl AR rr AR rE Ulrl rln3d 3d 033e e =×==òò9．一真空二极管，其主要构件是一个半径R 1＝5³10-4 m 的圆柱形阴极A 和一个套在阴极外的半径R 2＝4.5³10-3 m 的同轴圆筒形阳极B ，如图所示．阳极电势比阴极高300 300 VV ，忽略边缘效应. 求电子刚从阴极射出时所受的电场力．(基本电荷e ＝1.6³10-19 C) 解：与阴极同轴作半径为r (R 1＜r ＜R 2 )的单位长度的圆柱形高斯面，设阴极上电荷线密度为l ．按高斯定理有．按高斯定理有 2p rE = l / e 0 得到得到 E = l / (2p e 0r ) (R 1＜r ＜R 2) 方向沿半径指向轴线．两极之间电势差方向沿半径指向轴线．两极之间电势差òòp -=×=-21d 2d 0R R BAB A rr r E U U el120ln 2R R elp -=得到得到()120/ln 2R R UUAB-=p e l，所以所以 ()rR R UUE AB1/ln 12×-=在阴极表面处电子受电场力的大小为在阴极表面处电子受电场力的大小为 ()()11211/c R RR UUeReE F AB×-==＝4.37³10-14 N 方向沿半径指向阳极．方向沿半径指向阳极．RrhABR 2 R 1四研讨题1. 真空中点电荷q 的静电场场强大小为的静电场场强大小为 241rq E pe=式中r 为场点离点电荷的距离．当r →0时，E →∞，这一推论显然是没有物理意义的，应如何解释？何解释？参考解答：参考解答：点电荷的场强公式仅适用于点电荷，当r →0时，任何带电体都不能视为点电荷，所以点电荷场强公式已不适用．点电荷场强公式已不适用．若仍用此式求场强E ，其结论必然是错误的．当r →0时，需要具体考虑带电体的大小和电荷分布，这样求得的E 就有确定值．就有确定值．2. 用静电场的环路定理证明电场线如图分布的电场不可能是静电场．参考解答：参考解答：证：在电场中作如图所示的扇形环路abcda ．在ab 和cd 段场强方向与路径方向垂直．在bc 和da 段场强大小不相等（电力线疏密程度不同）而路径相等．因而同）而路径相等．因而d d d ¹×¢-×=×òòòc ba d l E l E l E 按静电场环路定理应有0d =×òl E ，此场不满足静电场环路定理，所以不可能是静电场．此场不满足静电场环路定理，所以不可能是静电场．3. 如果只知道电场中某点的场强，能否求出该点的电势？如果只知道电场中某点的电势，能否求出该点的场强？为什么？能否求出该点的场强？为什么？参考解答：参考解答：由电势的定义：由电势的定义： ò×=零势点场点l E U d式中E为所选场点到零势点的积分路径上各点的场强，所以，如果只知道电场中某点的场强，而不知道路径上各点的场强表达式，不能求出该点的电势。

大学物理2习题参考答案

题1-3图第一章流体力学1.概念（3）理想流体：完全不可压缩又无黏性的流体。

（4）连续性原理：理想流体在管道中定常流动时，根据质量守恒定律，流体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入管道的质量应恒等于流出管道的质量。

（6）伯努利方程：C gh v P =++ρρ221（7）泊肃叶公式：LPR Q ηπ84∆=2、从水龙头徐徐流出的水流，下落时逐渐变细，其原因是（ A ）。

A. 压强不变，速度变大； B. 压强不变，速度变小；C. 压强变小，流速变大；D. 压强变大，速度变大。

3、如图所示，土壤中的悬着水，其上下两个液面都与大气相同，如果两个页面的曲率半径分别为R A 和R B (R A <R B )，水的表面张力系数为α，密度为ρ，则悬着水的高度h 为___)11(2BA R R g -ρα__。

(解题：BB A A A B R P P R P P gh P P ααρ2,2,00-=-==-) 4、已知动物的某根动脉的半径为R, 血管中通过的血液流量为Q ，单位长度血管两端的压强差为ΔP ，则在单位长度的血管中维持上述流量需要的功率为____ΔPQ ___。

5、城市自来水管网的供水方式为：自来水从主管道到片区支管道再到居民家的进户管道。

一般说来，进户管道的总横截面积大于片区支管的总横截面积，主水管道的横截面积最小。

不考虑各类管道的海拔高差（即假设所有管道处于同水平面），假设所有管道均有水流，则主水管道中的水流速度大，进户管道中的水流速度小。

10、如图所示，虹吸管的粗细均匀，略去水的粘滞性，求水流速度及A 、B 、C 三处的压强。

221.2 理想流体的定常流动'2gh v C =∴222121'CC D D v P v gh P ρρρ+=++0,0≈==D C D v P P P 练习5：如图，虹吸管粗细均匀，略去水的粘滞性，求管中水流流速及A 、B 、C 三处的压强。

大学物理2课后习题答案.docx

解：回路磁通=BS = Bn r 2感应电动势大小：£— = — (B TI r 2) = B2n r — = 0A0 V At dr dr10-2^-Bcosa2同理，半圆形ddc 法向为7,则0”2鸟与亍夹角和另与7夹角相等,a = 45°①和=Bn R 2 cos a10-6解：0/z? =BS = 5—cos(^ + 久)叫一加&sin （血+久）dr _2Bit r~O) Bn r~2 _ 2 2 2Bf2n f =兀 2『BfR R 解：取半圆形"a 法向为Z ,dt — HR? ABcos a —— dt -8.89 xlO'2V方向与cbadc 相反，即顺时针方向. 题10-6图(1)在Ob 上取尸T 尸+ dr 一小段71 同理•• • r 1 9 % - 3 ca^BAr = 一 Bco, °"」） 18 1 2 1 , £ab - £aO +% =（一花' + 石）广=(2)・・・£ah >0即U a -U h <0 :.b 点电势高.10-11在金属杆上取dr 距左边直导线为r ，则（2） |nj 理， £dc = 碇・d7>0U d -U c v0即 / >U d10-15 设长直电流为/ ,其磁场通过正方形线圈的互感磁通为％蓄绘/警5210-16Q)见题10-16图Q),设长直电流为/,它产生的磁场通过矩形线圈的磁通为丛（丄+丄）d- I 2龙 r 2a-r •:实际上感应电动势方向从g T A , 即从图中从右向左,71 a-b10-14•d5 知, 此吋E 旋以。

为中心沿逆时针方向.(1) V ab 是直径，在〃上处处E 旋与ab m§E 旋• d7 = 0• • £亦也 U Q =Ub心 2n r 2TI 由样旋• M -/z 0/v a + b71 a-b（a （b12-4解:⑴由0 =—,务=£_知,各级条纹向棱边方 2/ 2向移动，条纹间距不变；（2）各级条纹向棱边方向移动，H.条纹变密. 12 5解：工件缺陷是凹的.故各级等厚线（在缺陷附近的）向棱边方向弯曲・按题意，每一条纹弯曲部分的顶点恰与左邻的直线部分连线相切，说明弯曲部分相当于条纹2向棱边移动了一条，故相应的空气隙厚度差为Ae = -,这也是工件缺陷的程度.2 12-6 ・・・ A/ = ^^- = A^^ln2 = 2.8xlO~6 H1 2JI(b)・・•长直电流磁场通过矩形线圈的磁通*2 = 0，见题10-16图(b)・・・ M = O10-17如图10-17图所示，取dS = /dr①二U(如+ ^_炖=做广「丄)做(In 厶-In 丄) 2〃r 2兀(d-r)2兀 “ r r-d 2K a d-a = ^Il_Xn d-a_7i a:.L / =如1门上£I TI a10-18•・•顺串时厶=厶+厶2 +2M反串联时//二厶+厶2-2M・•・ L_L f = 4MM = --------- = 0.15 H 412-1 y 不变，为波源的振动频率；A,n =— 变小；u = A n v 变小. n 12- 2由心=三久知，（1）条纹变疏；（2）条纹变密；（3）条纹变密；（4）零级明纹在屏幕上作相反方向的上下移动；（5）零 a级明纹向下移动.12- 3解：不同媒质若光程相等，则其儿何路程定不相冋其所需吋间相同，为&€・因为△中已经将光在介质中的路程折算为光在真空中所走的路程。

大学物理(二)答案

大学物理（二）练习册参考解答第12章真空中的静电场一、选择题1(A)，2(C)，3(C)，4(A)，5(C)，6(B)，7(C)，8(D)，9(D)，10(B)，二、填空题(1). 电场强度和电势，0/q F E=，l E q W U aa⎰⋅==00d /(U 0=0).(2). ()042ε/q q +， q 1、q 2、q 3、q 4 ；(3). 0，λ / (2ε0) ； (4). σR / (2ε0) ； (5). 0 ； (6).⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π00114r r qε ； (7). －2³103V ； (8).⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-πb a r r q q 11400ε(9). 0，pE sin α ； (10). ()()j y x i xy40122482+-+-- (SI) ；三、计算题1. 将一“无限长”带电细线弯成图示形状，设电荷均匀分布，电荷线密度为λ，四分之一圆弧AB 的半径为R ，试求圆心O 点的场强．解：在O 点建立坐标系如图所示．半无限长直线A ∞在O 点产生的场强：()j i R E -π=014ελ半无限长直线B ∞在O 点产生的场强：()j i R E +-π=024ελ四分之一圆弧段在O 点产生的场强：()j i R E +π=034ελ由场强叠加原理，O 点合场强为： ()j i RE E E E +π=++=03214ελBA∞O BA∞∞2. 实验表明，在靠近地面处有相当强的电场，电场强度E垂直于地面向下，大小约为100N/C ；在离地面1.5 km 高的地方，E也是垂直于地面向下的，大小约为25 N/C ．(1) 假设地面上各处E都是垂直于地面向下，试计算从地面到此高度大气中电荷的平均体密度；(2) 假设地表面内电场强度为零，且地球表面处的电场强度完全是由均匀分布在地表面的电荷产生，求地面上的电荷面密度．(已知：真空介电常量0ε＝8.85³10-12 C 2²N -1²m -2)解：(1) 设电荷的平均体密度为ρ，取圆柱形高斯面如图(1)(侧面垂直底面，底面∆S 平行地面)上下底面处的场强分别为E 1和E 2，则通过高斯面的电场强度通量为：⎰⎰E²S d ＝E 2∆S -E 1∆S ＝(E 2-E 1) ∆S高斯面S 包围的电荷∑q i ＝h ∆S ρ由高斯定理(E 2－E 1) ∆S ＝h ∆S ρ /ε 0∴() E E h1201-=ερ＝4.43³10-13C/m 3(2) 设地面面电荷密度为σ．由于电荷只分布在地表面，所以电力线终止于地面，取高斯面如图(2) 由高斯定理⎰⎰E²S d =∑i1qε-E ∆S =S ∆σε01∴ σ =－ε 0 E ＝－8.9³10-10C/m 33. 带电细线弯成半径为R 的半圆形，电荷线密度为λ=λ0sin φ，式中λ0为一常数，φ为半径R 与x 轴所成的夹角，如图所示．试求环心O 处的电场强度．解：在φ处取电荷元，其电荷为d q =λd l = λ0R sin φ d φ它在O 点产生的场强为R R qE 00204d sin 4d d εφφλεπ=π= 在x 、y 轴上的二个分量d E x =－d E cos φ， d E y =－d E sin φ 对各分量分别求和⎰ππ=000d cos sin 4φφφελR E x ＝0 RRE y 000208d sin 4ελφφελ-=π=⎰π∴ j Rj E i E E y x008ελ-=+=(2)2(1)4. 一“无限长”圆柱面，其电荷面密度为： σ = σ0cos φ ，式中φ 为半径R 与x 轴所夹的角，试求圆柱轴线上一点的场强．解：将柱面分成许多与轴线平行的细长条，每条可视为“无限长”均匀带电直线，其电荷线密度为λ = σ0cos φ R d φ，它在O 点产生的场强为：φφεσελd s co 22d 000π=π=R E它沿x 、y 轴上的二个分量为： d E x =－d E cos φ =φφεσd s co 220π-d E y =－d E sin φ =φφφεσd s co sin 20π 积分：⎰ππ-=2020d s co 2φφεσx E ＝2εσ0)d(sin sin 2200=π-=⎰πφφεσy E∴ i i E E x02εσ-==5. 一半径为R 的带电球体，其电荷体密度分布为4πRqr =ρ (r ≤R ) (q 为一正的常量)ρ = 0 (r >R )试求：(1) 带电球体的总电荷；(2) 球内、外各点的电场强度；(3) 球内、外各点的电势．解：(1) 在球内取半径为r 、厚为d r 的薄球壳，该壳内所包含的电荷为 d q = ρd V = qr 4πr 2d r /(πR 4) = 4qr 3d r/R 4 则球体所带的总电荷为 ()q r r Rq V Q rV===⎰⎰34d /4d ρ(2) 在球内作一半径为r 1的高斯球面，按高斯定理有4041241211d 414Rqr r r Rqr E r r εε=π⋅π=π⎰得402114R qr E επ=(r 1≤R)，1E方向沿半径向外．在球体外作半径为r 2的高斯球面，按高斯定理有 0222/4εq E r =π得22024r q E επ=(r 2 >R )，2E方向沿半径向外．(3) 球内电势⎰⎰∞⋅+⋅=RR r r E r E U d d 2111⎰⎰∞π+π=RRr r rq r Rqrd 4d 4204021εε40310123Rqr R qεεπ-π=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=3310412R r R qε ()R r ≤1 球外电势 2020224d 4d 22r q r rq r E U r Rr εεπ=π=⋅=⎰⎰∞()R r >26. 如图所示，一厚为b 的“无限大”带电平板，其电荷体密度分布为ρ＝kx (0≤x ≤b )，式中k 为一正的常量．求： (1) 平板外两侧任一点P 1和P 2处的电场强度大小；(2) 平板内任一点P 处的电场强度； (3) 场强为零的点在何处？解： (1) 由对称分析知，平板外两侧场强大小处处相等、方向垂直于平面且背离平面．设场强大小为E ．作一柱形高斯面垂直于平面．其底面大小为S ，如图所示．按高斯定理∑⎰=⋅0ε/d q S E S，即22d d 12εερεkSbx x kSx S SE bb===⎰⎰得到 E = kb 2/ (4ε0) (板外两侧) (2) 过P 点垂直平板作一柱形高斯面，底面为S ．设该处场强为E '，如图所示．按高斯定理有()022εεk S b x d x kSSE E x==+'⎰得到 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-='22220b x k E ε (0≤x ≤b ) (3) E '=0，必须是0222=-bx ，可得2/b x =7. 一“无限大”平面，中部有一半径为R 的圆孔，设平面上均匀带电，电荷面密度为σ．如图所示，试求通过小孔中心O 并与平面垂直的直线上各点的场强和电势(选O 点的电势为零)．解：将题中的电荷分布看作为面密度为σ的大平面和面密度为－σ的圆盘叠加的结果．选x 轴垂直于平面，坐标原点Ｏ在圆盘中心，大平面在x 处产生的场强为i xx E012εσ='圆盘在该处的场强为i x R x x E⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=2202112εσ ∴ i xR xE E E 220212+=+=εσ该点电势为 ()220222d 2xR R xR x x U x+-=+=⎰εσεσ8．一真空二极管，其主要构件是一个半径R 1＝5³10-4m 的圆柱形阴极A 和一个套在阴极外的半径R 2＝4.5³10-3 m 的同轴圆筒形阳极B ，如图所示．阳极电势比阴极高300 V ，忽略边缘效应. 求电子刚从阴极射出时所受的电场力．(基本电荷e ＝1.6³10-19C)解：与阴极同轴作半径为r (R 1＜r ＜R 2 )的单位长度的圆柱形高斯面，设阴极上电荷线密度为λ．按高斯定理有 2πrE = λ/ ε0得到 E = λ / (2πε0r ) (R 1＜r ＜R 2) 方向沿半径指向轴线．两极之间电势差⎰⎰π-=⋅=-21d 2d 0R R B A B A rr r E U U ελ120ln 2R R ελπ-= 得到()120/ln 2R R UUAB-=πελ，所以 ()rR R UUE AB1/ln 12⋅-=在阴极表面处电子受电场力的大小为()()11211/c R R R U U e R eE F A B ⋅-==＝4.37³10-14N 方向沿半径指向阳极．四研讨题1. 真空中点电荷q 的静电场场强大小为 241rq E πε=式中r 为场点离点电荷的距离．当r →0时，E →∞，这一推论显然是没有物理意义的，应如何解释？参考解答：点电荷的场强公式仅适用于点电荷，当r →0时，任何带电体都不能视为点电荷，所以点电荷场强公式已不适用．若仍用此式求场强E ，其结论必然是错误的．当r →0时，需要具体考虑带电体的大小和电荷分布，这样求得的E 就有确定值．2. 用静电场的环路定理证明电场线如图分布的电场不可能是静电场．参考解答：证：在电场中作如图所示的扇形环路abcda ．在ab 和cd 段场强方向与路径方向垂直．在bc 和da 段场强大小不相等（电力线疏密程度不同）而路径相等．因而0d d d ≠⋅'-⋅=⋅⎰⎰⎰cb a d l E l E l E按静电场环路定理应有0d =⋅⎰l E，此场不满足静电场环路定理，所以不可能是静电场．3. 如果只知道电场中某点的场强，能否求出该点的电势？如果只知道电场中某点的电势，能否求出该点的场强？为什么？参考解答：由电势的定义： ⎰⋅=零势点场点l E U d式中E为所选场点到零势点的积分路径上各点的场强，所以，如果只知道电场中某点的场强，而不知道路径上各点的场强表达式，不能求出该点的电势。

大学物理2考试题及答案

大学物理2考试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 一个物体在水平面上以一定的初速度开始做匀减速直线运动，直到静止。

若物体在最后1秒内通过的位移为s，已知物体的初速度为v0，加速度为a，那么物体总共运动的时间为：A. (v0 - s) / aB. (v0 + s) / aC. (v0 + s) / 2aD. (v0 - s) / 2a答案：C2. 在静电场中，关于电场强度和电势的说法正确的是：A. 电场强度越大，电势一定越高B. 电场强度越小，电势一定越低C. 沿着电场线方向，电势一定降低D. 电势降低最快的方向一定是电场强度的方向答案：D3. 一个质量为m的物体从高度h处自由下落，假设空气阻力可以忽略不计，那么在落地时，物体的动能为：A. mghB. mgh / 2C. 0D. mgh / 4答案：A4. 根据热力学第一定律，一个封闭系统内能的增加量等于：A. 系统吸收的热量B. 系统对外做的功C. 系统吸收的热量与对外做的功之和D. 系统对外做的功与吸收的热量之差答案：C5. 一个弹簧振子的周期为T，振幅为A，那么在半个周期内，振子的位移大小为：A. AB. A/2C. A/√2D. 0答案：A6. 在理想气体状态方程PV=nRT中，如果温度T不变，气体的压强P 和体积V成：A. 正比关系B. 反比关系C. 对数关系D. 没有关系答案：B7. 根据麦克斯韦方程组，电场E和磁感应强度B在真空中的关系可以通过以下哪个方程表示：A. ∇·E = 0B. ∇×E = -∂B/∂tC. ∇·B = 0D. ∇×B = μ₀J + ε₀∂E/∂t答案：B8. 一个点电荷q在电场中受到的电场力为F，那么该点的电场强度E 的大小为：A. E = F/qB. E = qFC. E = FqD. E = F/|q|答案：A9. 一个电子在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动，如果电子的运动半径为r，那么磁场的磁感应强度B为：A. B = mv/rB. B = mvrC. B = mv²/rD. B = mv/r^2答案：C10. 在波动光学中，光的干涉现象产生的条件是：A. 频率相同B. 相位相同C. 振幅相同D. 方向相同答案：A二、填空题（每题4分，共20分）11. 一个物体做简谐运动，其振动周期为2秒，那么该物体的振动频率为_______Hz。

大学物理2参考答案汇总

静电场一一、选择题1. C2.A3.C4.B5.D 二、填空题 1.0σε；0；0σε 2.3028Rqdεπ；从O 点指向缺口中心3. 0；1204Q r πε；12204Q Q rπε+ 4.004()q ld d l λπε+5. 2014R E pe -；()012E E he - 6.6q ε 三、计算题1. 解：取如图所示微小电荷元22d d d Q Q q R R θθ==ππ它在O 处产生场强θεεd 24d d 20220R QR q E π=π=d E 沿x 轴和y 轴的分量分别为θθεθd sin 2sin d d 202R Q E E x π==θθεθd cos 2cos d d 202RQE E y π-=-=对各分量分别积分，积分时考虑到上半部分是正电荷而下半部分是负电荷可得π/2π2200π/2sin d sin d 2x QE R θθθθε⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦⎰⎰π＝0π/2π2222000π/2cos d cos d 2y Q QE R R θθθθεε⎡⎤-=-=-⎢⎥⎣⎦⎰⎰ππ 所以 j RQ j E i E E y x202επ-=+=2. 解: （1）根据高斯定理，作以球心为中心，以r 为半径的球面为高斯面，分别计算球内和球外的电场强度。

球内（r R <）： 30014d 3E S r ρπε=⋅⎰23001443r E r πρπε=r E 0031ρε=球外（r R >）： 30014d 3E S R ρπε=⋅⎰23001443r E R πρπε=20303rR E ερ= （2）电荷分布具球对称性，r 0ρρ=。

可根据高斯定理求解。

作以球心为中心，以r 为半径的球面为高斯面，分别计算球内和球外的电场强度。

球内（r R <）：将球体分解为多个厚度为dr 的薄同心球壳，任一球壳带电dr r dr r dq 30244πρπρ==，半径r 的球体带电 ⎰⎰===rr dr r dq q 040304πρπρ。

大学物理2课后习题答案.docx

大二大学物理试题及答案

大二大学物理试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 光在真空中的传播速度是（）。

A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/sC. 299,792,458 km/hD. 299,792,458 m/h答案：A2. 根据牛顿第三定律，作用力和反作用力（）。

A. 总是相等的B. 总是相反的C. 总是相等且相反的D. 总是不相等的答案：C3. 一个物体的惯性只与它的（）有关。

A. 质量B. 速度C. 形状D. 颜色答案：A4. 电磁波谱中，波长最长的是（）。

A. 无线电波B. 微波C. 红外线D. 可见光答案：A二、填空题（每题5分，共20分）1. 根据能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被________。

答案：消灭2. 绝对零度是温度的下限，其值为________K。

答案：03. 欧姆定律的公式是________。

答案：V = IR4. 根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸取热量，并将其全部转化为________。

答案：功三、简答题（每题10分，共20分）1. 请简述麦克斯韦方程组的四个方程及其物理意义。

答案：麦克斯韦方程组包括四个方程，分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

高斯定律描述了电荷周围电场的分布；高斯磁定律表明磁场中不存在孤立的磁单极子；法拉第电磁感应定律阐述了变化的磁场可以产生电场；安培环路定律则描述了电流和磁场之间的关系。

2. 什么是相对论的两个基本假设？请简要说明。

答案：相对论的两个基本假设是：（1）相对性原理，即物理定律在所有惯性参考系中都是相同的；（2）光速不变原理，即光在真空中的速度对于所有观察者来说都是相同的，不论观察者的运动状态如何。

四、计算题（每题20分，共40分）1. 一个质量为2kg的物体从静止开始，以4m/s²的加速度加速运动。

求物体在5秒内移动的距离。

答案：首先，使用公式 s = 1/2 * a * t²计算距离。

《大学物理学》第二版下册习题解答

大学物理学第二版下册习题解答第一章：力学1.1 力学基本概念1.1.1 力的概念问题：什么是力？力的种类有哪些？解答：力是物体之间相互作用导致的物体运动或形变的原因。

力可以分为以下几种：•接触力：当两个物体接触时产生的力，如弹簧力、摩擦力等。

•引力：天体之间由于引力而产生的力，如地球引力、行星引力等。

•重力：地球上物体受到的引力，是一种特殊的引力。

•弹力：当物体被弹性体拉伸或压缩时，物体回复原状所产生的力。

•阻力：物体在流体中运动时受到的阻碍力，如空气阻力、水阻力等。

1.1.2 力的合成与分解问题：什么是力的合成与分解？如何进行力的合成与分解?解答：力的合成是指将多个力按照一定的规律合成为一个力的过程。

力的分解是指将一个力按照一定的规律分解为多个力的过程。

力的合成可以使用力的三角法进行。

假设有两个力F₁、F₂，其方向分别为α₁、α₂，大小分别为|F₁|、|F₂|，则合力F的大小可以通过以下公式计算：F = √(F₁² + F₂² + 2F₁F₂cos(α₁-α₂))合力F的方向则可以通过以下公式计算：tan(θ) = (F₂sin(α₁-α₂))/(F₁+F₂cos(α₁-α₂))力的分解可以使用力的正弦法和余弦法进行。

假设有一个力F，其大小为|F|，方向为α，要将该力分解为水平方向的力F x和竖直方向的力F x，可以通过以下公式计算：Fₓ = |F|cosα, Fᵧ = |F|sinα1.2 牛顿定律与惯性1.2.1 牛顿第一定律问题：什么是牛顿第一定律？牛顿第一定律适用于哪些情况？解答：牛顿第一定律，也称为惯性定律，指的是：物体在没有受到外力或受到的合外力为零时，物体保持静止或匀速直线运动的状态。

牛顿第一定律适用于只有一个物体或多个物体之间相互独立运动的情况。

当物体受到外力时，按照该定律，物体会发生运动或停止运动。

1.2.2 牛顿第二定律问题：什么是牛顿第二定律？如何计算物体所受合外力和加速度的关系？解答：牛顿第二定律指的是：物体所受合外力等于物体的质量乘以加速度。

大学物理二考试题及答案

大学物理二考试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 光的波长与频率的关系是（）。

A. 波长与频率成正比B. 波长与频率成反比C. 波长与频率无关D. 波长与频率是线性关系答案：B2. 根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。

如果作用力增大一倍，而物体的质量不变，则物体的加速度将（）。

A. 减小一倍B. 增大一倍C. 保持不变D. 变为原来的两倍答案：B3. 以下哪个选项是描述电磁波的（）。

A. 需要介质传播B. 只能在真空中传播C. 可以在真空中传播D. 只能在固体中传播答案：C4. 一个物体从静止开始做匀加速直线运动，经过时间t后的速度为v，则该物体在时间t内的平均速度为（）。

A. v/2B. v/tC. 2v/tD. 2v答案：A5. 根据热力学第一定律，一个封闭系统的内能变化等于系统与外界交换的热量与外界对系统做的功的代数和。

如果一个物体吸收热量，同时外界对它做功，那么它的内能（）。

A. 增加B. 减少C. 不变D. 无法确定答案：A二、填空题（每题2分，共10分）1. 根据麦克斯韦方程组，变化的磁场可以产生_________。

答案：电场2. 一个物体的动能与其速度的平方成正比，比例系数为物体的_________。

答案：质量3. 在理想气体状态方程PV=nRT中，R是_________常数。

答案：气体4. 根据量子力学，一个粒子的波函数可以描述其_________。

答案：概率分布5. 根据欧姆定律，电流I与电压V和电阻R之间的关系是I=_________。

答案：V/R三、计算题（每题10分，共20分）1. 一辆汽车以20m/s的速度行驶，突然刹车，刹车后加速度为-5m/s²，求汽车完全停止所需的时间。

答案：t = (0 - 20) / (-5) = 4s2. 一个质量为2kg的物体从静止开始自由落体运动，忽略空气阻力，求物体在下落5m时的速度。

答案：v = √(2gh) = √(2 * 9.8 * 5) ≈ 9.9m/s四、简答题（每题5分，共10分）1. 简述牛顿第三定律的内容。

大学物理二考试题及答案大全

大学物理二考试题及答案大全一、选择题（每题2分，共20分）1. 一个物体在水平面上以一定的初速度开始做匀减速直线运动，直到静止。

若物体在最后1秒内通过的位移为s，那么物体总的位移为：A. 2sB. 3sC. 4sD. 5s答案：B2. 根据牛顿第三定律，作用力和反作用力的大小关系是：A. 相等B. 不相等C. 无法确定D. 有时相等有时不相等答案：A3. 一个质量为m的物体从高度h自由落下，忽略空气阻力，落地时的速度v与高度h的关系是：A. v = √(2gh)B. v = √(gh)C. v = 2ghD. v = gh答案：A4. 在理想气体状态方程PV = nRT中，P表示：A. 温度B. 体积C. 压力D. 气体分子的数量答案：C5. 光的折射定律中，入射角和折射角的关系是：A. 入射角总是大于折射角B. 折射角总是大于入射角C. 入射角和折射角成正比D. 入射角和折射角的正弦值成正比答案：D6. 一个电路中，电阻R1和R2串联，已知R1 = 100Ω，R2 = 200Ω，总电阻R总是：A. 150ΩB. 300ΩC. 400ΩD. 500Ω答案：B7. 根据能量守恒定律，一个封闭系统中的总能量：A. 可以增加B. 可以减少C. 保持不变D. 无法确定答案：C8. 在电磁学中，电流的磁效应是由以下哪位科学家发现的？A. 牛顿B. 法拉第C. 奥斯特D. 库仑答案：C9. 一个物体在水平面上以一定的初速度开始做匀速直线运动，其动量的变化率等于：A. 物体的质量B. 物体的动量C. 物体的冲量D. 物体的力答案：D10. 根据麦克斯韦方程组，电场和磁场之间的相互关系是：A. 电场产生磁场B. 磁场产生电场C. 电场和磁场相互独立D. 电场和磁场可以相互转换答案：D二、填空题（每题2分，共20分）11. 一个物体做匀加速直线运动，初速度为3m/s，加速度为2m/s²，那么在第2秒末的速度是________m/s。

大学物理2练习册答案

大学物理2练习册答案问题1：简谐振子的周期公式是什么？答案：简谐振子的周期 \( T \) 可以通过公式 \( T =2\pi\sqrt{\frac{m}{k}} \) 来计算，其中 \( m \) 是振子的质量，\( k \) 是弹簧的劲度系数。

问题2：描述牛顿第二定律的表达式，并给出一个应用实例。

答案：牛顿第二定律的表达式是 \( F = ma \)，其中 \( F \) 是作用在物体上的合力，\( m \) 是物体的质量，\( a \) 是物体的加速度。

应用实例：当一个质量为2kg的物体受到10N的力作用时，它的加速度将是 \( 5 m/s^2 \)。

问题3：解释什么是角动量守恒定律，并给出一个例子。

答案：角动量守恒定律指的是，如果没有外力矩作用于一个系统，那么这个系统的总角动量保持不变。

例如，一个旋转的冰上舞者在收缩手臂时，由于半径减小，角速度会增加，以保持角动量守恒。

问题4：解释什么是电场强度，并给出其计算公式。

答案：电场强度是一个矢量量，表示在电场中某一点单位正电荷所受到的电场力。

其计算公式是 \( E = \frac{F}{q} \)，其中 \( E \) 是电场强度，\( F \) 是电荷 \( q \) 所受的电场力。

问题5：什么是电流的微观表达式？答案：电流的微观表达式是 \( I = nqAv \)，其中 \( I \) 是电流，\( n \) 是单位体积内的电荷数，\( q \) 是单个电荷的电荷量，\( A \) 是导体的横截面积，\( v \) 是电荷的漂移速度。

问题6：解释什么是磁感应强度，并给出其单位。

答案：磁感应强度是一个矢量量，表示磁场在空间某点的强度和方向。

其单位是特斯拉（T）。

问题7：什么是电磁波？描述其基本特性。

答案：电磁波是由变化的电场和磁场相互作用产生的波动现象。

电磁波的基本特性包括：它们可以在真空中传播，具有波长、频率和速度，且电磁波的速度在真空中等于光速 \( c \)。

大学物理二考试题及答案

大学物理二考试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 根据麦克斯韦方程组，电磁波在真空中的传播速度是多少？A. 100 m/sB. 300 m/sC. 1000 m/sD. 3×10^8 m/s答案：D2. 一个电子在垂直于其运动方向的磁场中做匀速圆周运动，其半径与什么因素有关？A. 电子质量B. 电子速度C. 电子电荷D. 磁场强度答案：D3. 下列哪个公式描述了光电效应？A. E = mc^2B. hν = Φ + E_kC. F = maD. qE = mv^2/r答案：B4. 波粒二象性中，粒子的波动性与哪个参数有关？A. 质量B. 动量C. 速度D. 电荷答案：B5. 根据热力学第二定律，下列哪种说法是正确的？A. 热量可以从低温物体自发地传递到高温物体B. 任何能量转化过程都有一定的效率限制C. 第二类永动机是可能实现的D. 熵是一个状态量，与系统的历史无关答案：B6. 理想气体状态方程为：A. PV = nRTB. PV = P1V1C. P1V1/T1 = P2V2/T2D. V/T = nR答案：A7. 一个物体的动能和动量，下列哪个说法是正确的？A. 动能和动量总是成正比B. 动能和动量总是成反比C. 动能与速度的平方成正比，动量与速度成正比D. 动能与速度成正比，动量与速度的平方成正比答案：C8. 根据狭义相对论，下列哪个说法是错误的？A. 真空中的光速是恒定的B. 质量与能量是等价的C. 一个物体的长度在所有参考系中都是相同的D. 时间膨胀和长度收缩是相对论效应答案：C9. 根据量子力学，海森堡不确定性原理表明：A. 粒子的位置和动量可以同时准确测量B. 粒子的位置和动量不能同时准确测量C. 粒子的能量和时间可以同时准确测量D. 粒子的能量和频率可以同时准确测量答案：B10. 一个电路中，电阻R1和R2串联，总电阻R等于：A. R1 + R2B. R1 * R2C. 1/R1 + 1/R2D. R1 / (R1 + R2)答案：A二、填空题（每题4分，共20分）11. 一个物体的动量定义为_______。

大学物理(二)习题参考答案

大学物理（二）习题参考答案14-2、若理想气体的体积为V ,压强为p ，温度为T ，一个分子的质量为m ,k 为玻耳兹曼常量，R 为普适气体常量，则该理想气体的分子数为多少？解：由理想气体状态方程 N p nkT kT V== 得理想气体的分子数 pV N kT=14-8、温度为0ºC 和100ºC 时理想气体分子的平均平动动能各为多少？欲使分子的平均平动动能等于1e V ，气体的温度需是多少？解：（1）232111331.3810273 5.651022w kT J J --==⨯⨯⨯=⨯ （2）23212233 1.3810(273100)7.721022w kT J J --==⨯⨯⨯+=⨯（3）193323322 1.60107.73107.4610233 1.3810w w kT T K K k --⨯⨯=⇒===⨯≈⨯⨯⨯℃ 14-9、某些恒星的温度可达到约1.0×108K ，这是发生聚变反应（也称热核反应）所需的温度。

通常在此温度下恒星可视为由质子组成。

求：（1）质子的平均动能是多大？（2）质子的方均根速率是多大？解：（1）质子的平均动能为 23815331.3810 1.0102.071022w kT J J --==⨯⨯⨯⨯=⨯ (2) 质子的方均根速率是2161121.5710rps w mv v s m s --===⋅=⨯⋅或1611.5710rpsv s m s --==⋅=⨯⋅ 14-12、解： (1)KK E E N w w N=⇒=A molMN N M =⋅ 5321234.141032108.27102.66 6.0210k mol A E M w J J MN --⨯⨯⨯∴===⨯⨯⨯(2) 21233228.2710400233 1.3810w w kT T K K k --⨯⨯=⇒==≈⨯⨯ 14-17、解：（1）253122522 6.7510 1.35105 2.010mol mol mol M M PV RT P RT M V M E E P M i iV V E RT M P Pa Pa -⎫=⇒=⎪⎪⇒==⎬⎪=⎪⎭⨯⨯==⨯⨯⨯（2）221223333 6.751027.51055 5.4102w kT E E w J J E i i N N kT N ε-⎫=⎪⨯⨯⎪⇒=⋅===⨯⎬⨯⨯⎪==⎪⎭21223227.510 3.621033 1.3810w T K K k --⨯⨯===⨯⨯⨯ 14-18、解：已知，V ，P ，i22mol mol M i E RT M i E PV M PV RT M ⎫=⎪⎪⇒=⎬⎪=⎪⎭15-2解：已知Q,E ∆由，5552.6610 4.1810 1.5210Q E W W Q E J J J =∆+⇒=-∆=⨯-⨯=-⨯，外界对系统做功。

大学物理2习题参考答案

题1-3图第一章流体力学1.概念（3）理想流体：完全不可压缩又无黏性的流体。

（6）伯努利方程：C gh v P =++ρρ221（7）泊肃叶公式：LPR Q ηπ84∆=2、从水龙头徐徐流出的水流，下落时逐渐变细，其原因是（ A ）。

A. 压强不变，速度变大； B. 压强不变，速度变小；C. 压强变小，流速变大；D. 压强变大，速度变大。

5、城市自来水管网的供水方式为：自来水从主管道到片区支管道再到居民家的进户管道。

一般说来，进户管道的总横截面积大于片区支管的总横截面积，主水管道的横截面积最小。

不考虑各类管道的海拔高差（即假设所有管道处于同水平面），假设所有管道均有水流，则主水管道中的水流速度大，进户管道中的水流速度小。

10、如图所示，虹吸管的粗细均匀，略去水的粘滞性，求水流速度及A 、B 、C 三处的压强。

大学物理2试题及答案

大学物理2试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光在真空中的速度是（）。

A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/hC. 299,792,458 km/sD. 299,792,458 m/h答案：A2. 牛顿第二定律的表达式是（）。

A. F = maB. F = mvC. F = m/aD. F = a/m答案：A3. 根据热力学第一定律，系统内能的增加等于（）。

A. 系统对外做的功B. 系统吸收的热量C. 系统对外做的功加上系统吸收的热量D. 系统对外做的功减去系统吸收的热量答案：C4. 电磁波的传播不需要（）。

A. 介质B. 真空C. 空气D. 光速答案：A5. 根据麦克斯韦方程组，变化的磁场会产生（）。

A. 电场B. 磁场C. 电流D. 电荷答案：A6. 根据量子力学，电子在原子中的能量状态是（）。

A. 连续的B. 离散的C. 随机的D. 可变的答案：B7. 根据相对论，当物体的速度接近光速时，其质量会（）。

A. 增加B. 减少C. 保持不变D. 消失答案：A8. 根据波粒二象性，光具有（）。

A. 波动性B. 粒子性C. 波动性和粒子性D. 既非波动性也非粒子性答案：C9. 根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热使之完全转化为功而不产生其他效果，这被称为（）。

A. 热力学第一定律B. 热力学第二定律C. 热力学第三定律D. 热力学第四定律答案：B10. 根据电磁感应定律，变化的磁场会在导体中产生（）。

A. 电压B. 电流C. 电阻D. 电场答案：B二、填空题（每题2分，共20分）1. 光年是光在一年内通过的距离，其数值大约是 ________ 光年。

答案：9.46 × 10^12 公里2. 根据库仑定律，两点电荷之间的力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，公式为 ________。

答案：F = k * (q1 * q2) / r^23. 欧姆定律表明，电流I、电压V和电阻R之间的关系是 ________。

大学物理b2习题集(含规范标准答案)

大学物理B2习题（一、电磁学部分1、如图所示，真空中一长为L的均匀带电细直杆，总电荷为q，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d的P点的电场强度和电势．2、一半径为R的均匀带电半圆环，电荷线密度为，求换新处O点的电场强度和电势。

3、实验证明，地球表面上方电场不为0，晴天大气电场的平均场强约为120V/m，方向向下，这意味着地球表面上有多少过剩电荷？试以每平方厘米的额外电子数表示。

（526.6410/cm ⨯个）解设想地球表面为一均匀带电球面，总面积为S ，则它所总电量为00d Sq E S ES εε=⋅=⎰⎰单位面积带电量为 E Sq0εσ==单位面积上的额外电子数为19120106.11201085.8--⨯⨯⨯===e Ee n εσ92526.6410/m 6.6410/cm =⨯=⨯4、地球表面上方电场方向向下，大小可能随高度变化，设在地面上方100m 高处场强为150N/C ，300m 高处场强为100N/C ，试由高斯定理求在这两个高度之间的平均体电荷密度，以多余的或缺少的电子数密度表示。

（缺少，721.3810/m ⨯个）5、如图所示，电量1q 均匀分布在半径为1R 的球面上，电量2q 均匀分布在同心的半径为2R 的球面上，2R ＞1R 。

（1）利用高斯定理求出r ＜1R ，1R ＜r ＜2R ，r ＞2R 区域的电场强度（2）若r ＞2R 区域的电场强度为零，则?1=qq ，1q 与2q 同号还是异号？6、二个无限长同轴圆筒半径分别为1R 和2R ，单位长度带电量分别为λ+和λ-。

求内筒的内部、两筒间及外筒外部的电场分布。

解由对称性分析可知，E分布具有轴对称性，即与圆柱轴线距离相等的同轴圆柱面上各点场强大小相等，方向均沿径向。

如解用图，作半径为r ，高度为h 、与两圆柱面同轴的圆柱形高斯面，则穿过圆柱面上下底的电通量为零，穿过整个高斯面的电通量等于穿过圆柱形侧面的电通量。

大学物理II练习册答案

大学物理练习八一、选择题：1．有两个点电荷电量都是+q ，相距为2 a 。

今以左边的点电荷所在处为球心，以a 为半径作一球形高斯面。

在球面上取两块相等的小面积S 1和S 2，其位置如图所示。

设通过S 1和S 2的电场强度通量分别为1Φ和2Φ，通过整个球面的电场强度通量为s Φ，则[D ](A)s ΦΦ>Φ,21=0/εq (B)021/2,εq s =ΦΦ<Φ(C)021/,εq s =ΦΦ=Φ(D)021/,εq s =ΦΦ<Φ解∶通过S 1的电场强度通量分别为1Φ,有穿进又有穿出;但通过S 2的电场强度通量分别为2Φ,只有穿出.故,21Φ<Φ据高斯定理通过整个球面的电场强度通量为s Φ只与面内电荷有关。

2．图示为一具有球对称性分布的静电场的E~r 关系曲线。

请指出该静电场是由下列哪种带电体产生的？[](A) 半径为R 的均匀带电球面。

(B) 半径为R 的均匀带电球体。

(D) 半径为R 、电荷体密度r A /=ρ(A 为常数)的非均匀带电球体。

解∶（D ）3.关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是：[D ] (A)如果高斯面上E ϖ处处为零，则该面内必无电荷． (B)如果高斯面内无电荷，则高斯面上E ϖ处处为零．(面外有电荷) (C)如果高斯面上E ϖ处处不为零，则高斯面内必有电荷．(D)如果高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电场强度通量必不为零．4．在磁感应强度为B ϖ的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n ϖ与B ϖ的夹角为α，则通过半球面S 的磁通量为[D ](A).2B r π(B)2.2B r π(C)απsin 2B r -.(D)απcos 2B r -.0=∑i q5．如图示，直线MN 长为2 L ，弧OCD 是以点N 为中心，L 为半径的半圆弧，N 点有正电荷+q ，M 点有负电荷-q 。

大学物理第二册习题答案详解 (修复的)

习题八8-1 根据点电荷场强公式204r q E πε=，当被考察的场点距源点电荷很近(r →0)时，则场强E →∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解?解: 020π4r r q Eε=仅对点电荷成立，当0→r 时，带电体不能再视为点电荷，再用上式求场强是错误的，实际带电体有一定形状大小，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是无限大．8-2 在真空中有A ，B 两平行板，相对距离为d ，板面积为S ，其带电量分别为+q 和-q ．则这两板之间有相互作用力f ，有人说f =2024d q πε,又有人说，因为f =qE ,SqE 0ε=，所以f =Sq 02ε．试问这两种说法对吗?为什么? f 到底应等于多少?解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第二种说法把合场强SqE 0ε=看成是一个带电板在另一带电板处的场强也是不对的．正确解答应为一个板的电场为Sq E 02ε=，另一板受它的作用力Sq S qq f 02022εε==，这是两板间相互作用的电场力． 8-3 一个点电荷q 放在球形高斯面的中心，试问在下列情况下，穿过这高斯面的E 通量是否改变？高斯面上各点的场强E 是否改变？(1) 另放一点电荷在高斯球面外附近. (2) 另放一点电荷在高斯球面内某处.(3) 将原来的点电荷q 移离高斯面的球心，但仍在高斯面内.(4) 将原来的点电荷q 移到高斯面外.答：根据高斯定理，穿过高斯面的电通量仅取决于面内电量的代数和，而与面内电荷的分布情况及面外电荷无关，但各点的场强E 与空间所有分布电荷有关，故：(1) 电通量不变， Φ1＝q 1 / ε0，高斯面上各点的场强E 改变(2) 电通量改变，由Φ1变为Φ2＝(q 1＋q 2 ) /ε 0，高斯面上各点的场强E 也变(3) 电通量不变，仍为Φ1．但高斯面上的场强E 会变。

(4) 电通量变为0，高斯面上的场强E 会变.8-4 以下各种说法是否正确，并说明理由.(1) 场强为零的地方，电势一定为零；电势为零的地方，场强也一定为零.(2) 在电势不变的空间内，场强一定为零.(3) 电势较高的地方，场强一定较大；场强较小的地方，电势也一定较低.(4) 场强大小相等的地方，电势相同；电势相同的地方，场强大小也一定相等.(5) 带正电的带电体，电势一定为正；带负电的带电体，电势一定为负.(6) 不带电的物体，电势一定为零；电势为零的物体，一定不带电.答：场强与电势的微分关系是, U E -∇=.场强的大小为电势沿等势面法线方向的变化率，方向为电势降落的方向。

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；
(C) B
2
0I r2
； (D)
B
2
0I R2
。
4．单色光从空气射入水中，下面哪种说法是正确的
(A)
(A) 频率不变，光速变小；
(B) 波长不变，频率变大；
(C) 波长变短，光速不变；
(D) 波长不变，频率不变 .
5. 如图 , 在 C点放置点电荷 q1, 在 A 点放置点电荷 q2,S 是包围点电荷 q1 的封闭曲面 ,P 点是 S 曲面上的任意一点 . 现在把 q2 从 A点移到 B点，则 ( D ) (A) 通过 S 面的电通量改变 , 但 P 点的电场强度不变；
中所示的闭合曲线 C 有 B dr = ( A ) C
(A) 3 0μ；
（B） 0；
(C)－3μ0；
（ D）5μ0。
14. 在磁感应强度为 B 的均匀磁场中，垂直磁
场方向上取一边长
为 a 的立方形面，则通过该面的磁通量的大小为：
（ A） (A) a2 B ；
(B) 2a2 B ；
(C) 6a 2 B ；
12．半径为 R 的长直圆柱体载流为 I ，电流 I 均匀分布在横截面上，则圆
柱体外（ r R）的一点 P 的磁感应强度的大小为
(A)
(A) B
0 I ；(B) B
2r
2
0 Ir R2
；
(C) B
2
0I r2
； (D)
B
2
0I R2
。
13．如图所示，两导线中的电流 I1=4 A ，I 2=1 A ，根据安培环路定律，对图
4n
11.对于安培环路定理的正确理解是
( C)
(A) 若 B dr 0 ，则必定 L 上 B 处处为零； L
(B) 若 B dr 0 ，则必定 L 不包围电流； L
(C) 若 B dr 0 ，则必定 L 内包围的电流的代数和为零； L
(D) 若 B dr 0 ，则必定 L 上各点的 B 仅与 L 内的电流有关。 L
(A) 干涉条纹间距增大，并向 O 方向移动；
(B) 干涉条纹间距减小，并向 B 方向移动；
(C) 干涉条纹间距减小，并向 O 方向移动；
(D) 干涉条纹间距增大，并向 O 方向移动 .
7．在均匀磁场中有一电子枪，它可发射出速率分别为 v 和 2v 的两个电子，
这两个电子的速度方向相同，且均与磁感应强度 B 垂直，则这两个电子绕行
电动势的方向为顺时针方向 (从上往下看 )。
5．如图所示，在长直电流 I 的磁场中，有两个矩形线圈 ①和②，它们分别以速度 ν平行和垂直于长直电流 I 运动，
如图所示。试述这两个线圈中有无感应电动势：线圈①
中没有感应电动势，线圈②中有感应电动势。
6. 相干光的相干条件为 (1)频率相同； (2)振动方向相同；(3)相位差恒定。 7. 电流为 I 的长直导线周围的磁感应强度为 0 I 。
(D) 0。
3 / 19
15．静电场的环路定理 E dr =0，表明静电场是 ( A )。 L
(A) 保守力场； (B) 非保守力场； (C)均匀场； (D)非均匀场。
16. 一半径为 R 的均匀带电圆环，电荷总量为 q, 环心处的电场强度为（ B ）
(A)
4
q 0R2
； (B)
0 ； (C)
导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直（或者
三、简答题：
E 表面）。
1. 一矩形线圈在均匀磁场中平动，磁感应强度的方向与线圈平面垂直，如图
所示。问：（1）整个线圈中的感应电动势是多少 ?
（2）a 点与 b 点间有没有电势差 ?
参考解答：（1）因为磁场是均匀的，且线圈匀速运动，由法拉弟电磁感应定律知， = d 【1 分】，且 Φ不变【1
4
(B) 3 d；
4
(C) 1 d ；(D) 2 d .
3
3
10．为了增加照相机镜头的透射光强度，常在镜头上镀有一层介质薄膜，假
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定该介质的折射率为 n，且小于镜头玻璃的折射率，当波长为 λ的光线垂直
入射时，该介质薄膜的最小厚度应为
(D )
(A) ；(B) ；
2
2n
(C) ；(D) .
4
该闭合面的磁通量的大小为：
(A) a2 B ；
(B) 2a2 B ；
(C) 6a 2 B ；
（ D） (D) 0。
3．半径为 R 的长直圆柱体载流为 I，电流 I 均匀分布在横截面上，则圆柱体内（ r R ）的一点 P 的磁感应强度的大小
为
(B)
(A) B
0 I ；(B) B
2r
2
0 Ir R2
dt
分】，所以 =0。【1 分】
（2）但线圈与运动速度 v 垂直的两条边则产生动生电动势，其大小均为
ε′=B l v【1 分】，故 a、b 两点之间存在电势差， a 点电势高于 b 点【1 分】。在
6 / 19
整个线圈回路中，两条边的电动势方向相反，相互抵消，对整个线圈的电动势为零不影响。【1 分】 2．把同一光源发的光分成两部分而成为相干光的方法有哪几种？这几种方法分别有什么特点并举例？参考解答：把同一光源发的光分成两部分而成为相干光的方法有两种：分波阵面法和分振幅法【2 分】。分波阵面法是指把原光源发出的同一波阵面上的两部分作为两子光源而取得相干光的方法，如杨氏双缝干涉实验等【 2 分】；分振幅法是指将一普通光源同一点发出的光，利用反射、折射等方法把它“一分为二”，从而获得相干光的方法，如薄膜干涉等【 2 分】。 3. 将尺寸完全相同的铜环和铝环适当放置，使通过两环内的磁通量的变化率相等。问：（1）这两个环中的感应电流是否相同？（ 2）这两个环中的感生电场是否相同？参考解答：感应电流不同【1.5 分】，感生电场相同。【1.5 分】（1）根据电磁感应定律，若两环内磁通量的变化率相等，则两环内感应电动势相等，但两环的电阻率不同，因而感应电流不相等。铝的电阻率比铜的大，因而铝内部的感应电流较小。【1 分】（2）感生电场与磁感应强度的变化率有关，因而与磁通量的变化率有关，与导体的材料无关。故在两环内感生电场是相同的。【1 分】 4.同一条电场线上任意两点的电势是否相等 ?为什么 ?(5 分) 参考解答：同一条电场线上任意两点的电势不可能相等【3 分】，因为在同一条电场线上任意两点 ( 例如 a，b 两点 ) 之间移动电荷 ( 可取沿电场线的路径 )
18. 真空中两块相互平行的无限大均匀带电平板，其中一块电荷密度为
σ，
另一块电荷密度为 2σ，两平板间的电场强度大小为（ D ）
(A) 3 ；
20
(B) ；
0
(C) 0；
(D) 。
20
二、填空题： 1. 法拉第电磁感应定律一般表达式为
d。
dt
2. 从微观上来说 , 产生动生电动势的非静电力是
洛仑兹力。
q ；(D)
4 0R
4
q2 0R2
.
17. 以下说法正确的是 ( D )
(A) 如果高斯面上 E 处处为零，则高斯面内必无电荷；
(B) 如果高斯面上 E 处处不为零，则高斯面内必有电荷；
(C) 如果高斯面内电荷的代数和为零，则高斯面上的 E 必处处为零；
(D) 如果高斯面内电荷的代数和为零，则此高斯面的电通量 ΦE 等于零。
一周所需的时间之比为
(A)
(A) 1:1 ；
(B) 1:2； (C) 2:1； (D) 4:1.
8．如图所示，均匀磁场的磁感强度为 B，方向沿 y 轴正向，欲要使电量为 Q
的正离子沿 x 轴正向作匀速直线运动，则必须加一个均匀电场 E ，其大小和
方向为 (A) E= B ， E 沿 z 轴正向；
(C) E=Bν， E 沿 z 轴正向；
3. 如图，一电子经过 A 点时，具有速率 v0=1×107m／s。
欲使这电子沿半圆自 A 至 C 运动，所需的磁场大小为
1.13 ×10-3T，方向为垂直纸面向里。
（电子质量 =9.1×10-31kg,电子电量 =-1.6×10-19C）
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4．如图所示，当通过线圈包围面的磁感线 (即磁场 ) 增加时，用法拉第电磁感应定律判断，线圈中感应
c
10. 图示导体 ab 置于螺线管的直径位置上，当螺线管接通
电源一瞬间，管内的磁场如图所示，那么涡旋电场沿
逆时针方向， ab
0
。
11. 若匀强电场的场强为 E，方向平行于半球面的轴线，
如图所示，若半球面的半径为 R，则通过此半球面的电场
强度通量 Φｅ=πＲ2E。
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12．两个无限长同轴圆筒半径分别为 R1 和 R2（ R1<R2），单位长度带电量分
(D
)
(B) E= B ， E 沿 y 轴正向；
v
(D) E=Bν， E 沿 z 轴负向。
9．三根长直载流导线 A，B，C 平行地置于同一平面内，分
别载有稳恒电流 I，2I，3I ，电流流向如图所示，导线 A 与
C 的距离为 d，若要使导线 B 受力为零，则导线 B 与 A 的
距
离
应
为
(A)
(A) 1 d；
(B) 通过 S 面的电通量和 P点的电场强度都改变； (C) 通过 S 面的电通量和 P点的电场强度都不变；
P C
(D) 通过 S 面的电通量不变 , 但 P 点的电场强度改变。
6．如图所示，两平面玻璃板 OA 和 OB 构成一空气劈尖，一平面单色光垂
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直入射到劈尖上，当 A 板与 B 板的夹角 θ增大时，干涉图样将 ( C )